碱超声预处理强化剩余污泥水解及通过促进直接种间电子转移提升厌氧消化产甲烷效率

本推荐研究创新性地采用碱性（pH=12）联合超声（30分钟）预处理剩余污泥（WAS），使溶解率提升300%，并通过添加Fe3O4和外加电压反应器（EVR）促进直接种间电子转移（DIET），实现甲烷产率最高提升85%。微生物群落与基因表达分析证实 Syntrophomonas zehnderi 富集及pili基因上调69%，为污泥资源化提供了高效策略。

　　

Highlight

WAS and inoculum

用于预处理与厌氧消化（AD）实验的剩余污泥（WAS）取自韩国仁川某日处理量27,500吨的污水厂浓缩线。使用前经2毫米筛网过滤去除杂质与大颗粒。WAS特性如下：总固体（TS）20.9±0.3 g/L，挥发性固体（VS）15.1±0.2 g/L，总化学需氧量（TCOD）23.9±0.2 g COD/L，溶解性化学需氧量（SCOD）1.12±0.02 g COD/L，pH为6.5±0.1。SCOD/TCOD比值反映污泥的可生物降解性。

Pretreatment and BMP results

污泥预处理结果如表1所示。单独超声处理（P1）使溶解率提高至15%，而与碱性溶液联用后溶解率进一步显著提升。与P1相比，P2、P3和P4的溶解率分别提高了100%、200%和300%，达到30%、45%和60%。显然，提高碱液强度对污泥溶解具有重大影响。

Conclusions

本研究证明了碱与超声的协同效应，在pH 12和30分钟辐照时间下实现最高60%的溶解率。添加Fe₃O₄的批量甲烷潜力（BMP）实验使甲烷产率（MPY）提高151%（P1对照组与P4 Fe₃O₄组之间），表明直接种间电子转移（DIET）的可能。采用外加电压反应器（EVR）的连续流实验显示甲烷产量提升28%。外加电压（EV）强化了特定功能微生物（如Syntrophomonas zehnderi）与产甲烷菌间的互营作用，微生物群落分析证实其丰度增加27%。基因分析进一步支持这些发现，显示腺苷三磷酸酶（ATPase）相关基因上调25%，而菌毛（pili）相关基因显著增加69%，这两者对DIET至关重要。